משרד ההגנה האמריקני פועל לפיתוח כורים גרעיניים זעירים וניידים

מתום מלחמת העולם השנייה התחזקה והתפתחה יותר ויותר הסימביוזה בין ההיבטים הצבאיים והאזרחיים של הפיתוח המדעי והטכנולוגי. לדוגמה, בתחומי התקשורת, המחשוב, התעופה והחלל, אך גם בדגש על הטכנולוגיה הגרעינית. ב־ 1956 , כעשור לאחר שארצות־הברית המיטה חורבן על הערים היפניות הירושימה ונגסאקי באמצעות פצצות גרעיניות, הופעלה לראשונה בבריטניה תחנת הכוח הגרעינית "קאלדר הול", שכללה ארבעה כורים שכל אחד מהם ייצר 60 מגה־וואט חשמלי. נכון לדצמבר 2019 פעלו ברחבי העולם 443 כורים לייצור חשמל, שתפוקתם הכוללת הייתה 395 ג'יגה־וואט חשמלי, דהיינו תפוקה ממוצעת של קרוב ל־ 900 מגה־וואט חשמלי לכור.

מנגד, בשנים האחרונות קיימת בעולם מגמה לפתח כורים קטנים וזעירים להפקת חשמל, בסדר גודל של מגה־וואט חשמלי בודדים או כמה עשרות. על רקע זה, לפי דיווחים שהתקבלו לאחרונה, בכוונת משרד ההגנה של ארצות־הברית לייצר במעבדה הלאומית של איידהו אב־טיפוס של כור גרעיני זעיר מתקדם נייד, במטרה להבטיח בעתיד הספקת אנרגיה עבור הצבא האמריקני.

כור זעיר מעין זה מתוכנן להיות קשיח ובעל בטיחות גבוהה ביותר, עם יעילות רבה ויכולת לפעול ללא הפרעות במשך כ־ 10 שנים ללא צורך בתדלוק. הכור מתאים לשימוש באזורים נידחים שקשה לספק להם חשמל באמצעות הרשת, או כאשר עלות ההספקה גבוהה. מבחינת צבא ארצות־הברית, הכור מיועד לשימוש בעת אירועים ביטחוניים שבהם יהיה על כוחותיו להתפרס באתרים ברחבי העולם, ובאמצעותו יתאפשר להקטין את תלותם ברשתות החשמל המקומיות, שעלולות לקרוס כתוצאה מהמצב הקשה באותם אתרים .

על־פי התכנון, הכור שבו מעוניין משרד ההגנה של ארצות־הברית מיועד לייצר אנרגיה בין 10 1 מגה־וואט, ולאפשר הספקת חשמל לכמה אלפי בתים. כמו כן לא יהיה צורך בתחזוקה מתמדת של הכור, ואף ניתן יהיה להפסיק את פעולתו או לחדשה תוך זמן קצר.

נוסף על כך, לפי משרד ההגנה של ארצות־הברית כור גרעיני בטיחותי, קטן ונייד יאפשר ליחידות צבא להביא איתן מקור אנרגיה אין־סופי ונקי, ובכך לאפשר הרחבה ויכולת קיום מבצעים לתקופות זמן ארוכות בכל מקום על־פני כדור הארץ .

פרויקט הכור הזעיר, שכינויו Pele , החל בינואר 2019 ביוזמת המשרד ליכולות אסטרטגיות (Strategic Capabilities Office - SCO), כאשר רשות הרגולציה הגרעינית האמריקנית הופקדה על בטיחות הפרויקט ועל ביטחונו. לדברי מנכ"ל SCO ג'יי דרייר: "ארצות־הברית מסכנת את עצמה בכך שהיא מוותרת לרוסיה ולסין על הובלת טכנולוגיית האנרגיה הגרעינית [...] על־ידי לקיחתה מחדש של ההובלה הטכנולוגית תוכל ארצות־הברית לספק את טכנולוגיות האנרגיה הגרעינית החדשניות והמתקדמות ביותר" 1. בראיית משרד ההגנה האמריקני, פיתוח מיקרו־כורים חיוני, מכיוון שמערכת ההגנה האמריקנית צורכת עתה כ־ 30 טרה־וואט פר שעה במשך שנה, וכ־ 40 אלף מ"ק דלק ליום, וכמויות אלה אף צפויות לגדול.

לפי דיווחים מחודש מרס האחרון 2, פנה משרד ההגנה האמריקני לשלוש חברות, כאשר לאחר תקופת פיתוח של שנתיים תיבחר אחת מהן לייצר ולהציג את אב־הטיפוס. בנוסף למשרד ההגנה האמריקני ול־ SCO , גופים נוספים של הממשל יהיו מעורבים בפרויקט: משרד האנרגיה; הוועדה לרישוי גרעיני, המנהלת הלאומית לביטחון גרעיני וחברות אמריקניות נוספות.

חברת BWX Technologies הקבלן הראשי של ייצור כורים גרעיניים עבור צוללות הצי האמריקני מפתחת - - כיום כור זעיר נגרר 3. הכורים הזעירים שהיא מפתחת הם מסוג "מים קלים" 4, ומיועדים להפיק 5-10 מגה־וואט חשמל. הדלק הגרעיני בכורים שהיא מפתחת הוא מטיפוס TRISO (Tri - Structural ISOtropic) - כדוריות אורניום אוקסיקארביד 5 העשויות להיות מצופות בתרכובות פחמניות כמו גראפיט. זאת לצורך האטת אנרגיית הנויטרונים שמאפשרת קריטיקליות (נקודה שממנה תתפתח תגובת שרשרת) של הכור .

חברת ווסטינגהאוס תציג בפני משרד ההגנה את eVinci הכור הזעיר שפותח על־ידה ושלדבריה ניתן להרכיבו - תוך חודש ימים. לאחר הרכבתו ניתן יהיה להובילו ממקום למקום, והוא פועל עצמאית. תאורטית, הכור מסוגל לפעול ברציפות יותר מעשר שנים, ללא כל צורך בתדלוק מחדש. הכור מורכב כולו מחומרים מוצקים, כולל צינורות החימום, ובניגוד לכורים גדולים להפקת חשמל אין צורך במשאבה עבור נוזל הקירור. כמות האנרגיה שהכור מסוגל להפיק היא בין 200 קילו־וואט ל־ 5 מגה־וואט, וניתן לבנות דגם של כור זה גם להספק של 15 מגה־וואט או יותר 6 . 

על־פי המדווח 7, משרד האנרגיה האמריקני בחן כבר לפני כשנה את אחד הדגמים של כור eVinci , אולם בגרסת כור המפיק אנרגיה של 25 מגה־וואט שעשוי להיות מוצג בשנת 2022. דגם זה צפוי להיות מתודלק בדלק הגרעיני המכיל אורניום מועשר לשיעור 19.75% , שכינויו HALEU High-Assay Low-Enriched Uranium) ) . נוסף על כך, וסטינגהאוס בחנה אפשרות לתדלק את הכור בדלק אורניום, המועשר לשיעור נמוך מ־ 5%.

חברת X-Energy מציעה כור נייד בדרכי יבשה. תפוקת האנרגיה שלו היא 10 מגה־וואט, והוא מסוגל לפעול בתפוקה מקסימלית במשך 5 שנים. אולם בניגוד לכור של וסטינגהאוס, כור זה הוא מטיפוס "שמיכת חלוקי נחל". ליבת הכור היא מיכל המכיל מלח מותך (כחומר קירור), שבתוכו נמצאים אלמנטי הדלק הגרעיני שמכילים אורניום. הדלק הגרעיני הוא מטיפוס TRISO-X , בצורת כדוריות חלולות המלאות תרכובת פחמנית מבפנים ואף עטופות בתרכובת פחמנית אחרת מבחוץ. לטענת החברה TRISO-X , הוא הדלק הגרעיני הקשיח ביותר ובעל הבטיחות הרבה ביותר הקיים כיום.

פיתוח יכולת הנעה גרעינית החל כבר בשלהי שנות ה־ 40 של המאה ה־ 20 למטרה צבאית הנעת צוללות עם - - תחילת המלחמה הקרה. מאמץ זה התמקד כמובן בפיתוח כורים קטנים, ומי שהוביל בצי האמריקני את תוכנית הצוללת הגרעינית היה אדמירל היימן ריקובר. הצוללת הגרעינית האמריקנית הראשונה הייתה נאוטילוס, שהושקה ב־ 1955. כור S2W שהותקן בצוללת, מטיפוס "מים בלחץ" תפוקה של 10 מגה־וואט, נבנה על־ידי וסטינגהאוס.

ברית־המועצות מיהרה ללכת בעקבות ארצות־הברית, וב־ 1958 הוכנסה לשירות הצי הסובייטי הצוללת הגרעינית הראשונה 8. נכון להיום, ההנעה הגרעינית באה לידי שימוש גם בנושאות מטוסים וכן בספינות שוברות הקרח שמופעלות על־ידי רוסיה 9. בנוגע למטוסים המצוידים במנוע כור גרעיני, אמנם בעת המלחמה הקרה יזמו שתי המעצמות פרויקטי פיתוח מפציצים בעלי הנעה גרעינית שיאפשרו חיזוק ההרתעה הגרעינית, אך אף אחת מהן לא ייצרה מטוסים מבצעיים כאלה 10 . 

אף כי הגורם העיקרי הפועל בימים אלה לפיתוח כורים זעירים הוא משרד ההגנה האמריקני, בשנתיים האחרונות קיימת מוטיבציה לפיתוח וייצור כורים קטנים וזעירים על־ידי כלל הארגונים והמערכות בארצות־הברית העוסקים באנרגיה גרעינית, ואף במדינות נוספות בעולם. זאת במטרה לספק מקורות אנרגיה למגוון רחב של צרכנים, בדגש בתחום המגורים ובפרט באתרים נידחים. 

זאת, לא רק לייצור חשמל, אלא גם לחימום באזורים קרים ולייצור מי שתייה 11. לכורים אלה צפוי יתרון מבחינת מודולריות הייצור שלהם, העשויה להבטיח סטנדרט איכות גבוה . כמו כן 12 בהיבט האזרחי עשויה להיות לכורים גרעיניים קטנים תרומה חשובה נוספת הוזלת מחיר החשמל לצרכן. זאת, הן בשל עלות הייצור - וההפעלה של כורים אלה מבחינת כמות המגה־וואט החשמלי המופק, הצפויה להיות נמוכה מאוד ביחס לבנייה והפעלה של כורי כוח גדולים בסדר גודל מאות מגה־וואט חשמלי, וכמו כן חיסכון עלות רשת הובלת החשמל לצרכנים. לבסוף, בטיחותם של הכורים הזעירים צפויה להיות גבוהה יותר, ואף במידה שתתרחש תקלה כלשהי בכור זעיר יהיה הזיהום הרדיואקטיבי הסביבתי נמוך יחסית. 

ב־ 2018 רשם תאגיד לוקהיד מרטין פטנט על תכנון מהפכני של כור היתוך קומפקטי שניתן לשאתו במשאית. לטענת התאגיד, אחד מדגמי הכור שהספקו מאה מגה־וואט עשוי לספק חשמל לעיר בת מאה אלף תושבים. אם פיתוחו וייצורו יסתיימו בהצלחה, יוכל להפיק אנרגיה נקייה לחלוטין, ללא תוצרי ביקוע רדיואקטיביים. זאת, מכיוון שהכור אמור לייצר אנרגיה על ידי היתוך איזוטופים של מימן, בניגוד לכורים הזעירים שצוינו לעיל אשר תהליך ייצור האנרגיה בהם היו באמצעות ביקוע גרעיני. על כל פנים, להערכת התאגיד לפני מספר שנים, פרויקט פיתוח הכור צפוי להגיע לשלב ייצור מסחרי לכל המוקדם במחצית העשור הנוכחי 13.